(57)【要約】【課題】  単体構造でありながら、あらゆる方向での衝撃を検知できるショックセンサを提供する。【解決手段】  断面の外形と内形が正方形であるリング状の圧電セラミック筒形体を用いた圧電ショックセンサにおいて、筒形体の４つの外面のそれぞれに独立した信号検出電極を具えるとともに、筒形体の内面に共通電極を具え、圧電セラミック筒形体はその厚み方向に分極され、対向する２つの信号検出電極同士によって２組の信号検出回路が構成され、衝撃によって生じる２方向の変位を２組の信号検出回路によって検出する。また、円筒リング状の圧電セラミック筒形体を用いても同様な構成が可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面の外形と内形が正方形であるリング状の圧電セラミック筒形体を用いた圧電ショックセンサにおいて、
筒形体の４つの外面のそれぞれに独立した信号検出電極を具えるとともに、筒形体の内面に共通電極を具え、
圧電セラミック筒形体はその厚み方向に分極され、
対向する２つの信号検出電極同士によって２組の信号検出回路が構成され、
衝撃によって生じる２方向の変位を２組の信号検出回路によって検出することを特徴とする圧電ショックセンサ。
【請求項２】
円筒リング状の圧電セラミック筒形体を用いた圧電ショックセンサにおいて、
筒形体の外面に４分割して独立して形成された信号検出電極を具えるとともに、筒形体の内面に共通電極を具え、
圧電セラミック筒形体はその厚み方向に分極され、
対向する２つの信号検出電極同士によって２組の信号検出回路が構成され、
衝撃によって生じる２方向の変位を２組の信号検出回路によって検出することを特徴とする圧電ショックセンサ。
【請求項３】
筒形体の長さ方向の一端が固定された請求項１または請求項２記載の圧電ショックセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は衝撃検知などとして使用される小型ショックセンサに関わり、特に、３軸方向の衝撃を検知できる筒状圧電素子の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショックセンサ（加速度センサ）はＨＤＤやＤＶＤなど書き込みディスク装置での外来衝撃感知、振動対策、ピックアップ制御および一般的な加速度検知などに幅広く使われる。特にＨＤＤはＤＶＤレコーダや携帯電話まで浸透しており、小型ショックセンサの需要増が予想される。ショックセンサの検出方法には圧電型、ピエゾ抵抗型、ＭＥＭＳ静電容量型、磁気型などの手法がある。圧電型は低コスト化や小型化に優れているので多く採用されている。従来、圧電セラミックを利用したショックセンサとして、圧縮モードや、せん断モード、ベンディングモードなど種々のものが提案されているが、感度の良いベンディング型検出素子を備えたものが一般的である。
【０００３】
図６は低コストと高検出感度を両立できる単一層のセラミックスで構成された小型ショックセンサを示す。長方形板状圧電セラミックス１の表裏面にそれぞれのギャップ６により２分割した２対の電極2a、2bと3a、3bが形成され、電極の分割ギャップ６を境とする２部分の圧電セラミックスは各々の板厚方向に他方側とは逆となる向きに沿って分極される。電極の分割ギャップと直交する片端固定の場合、検出素子１が加速度Ｇの印加時の慣性力作用によって変形し、かつ、検出素子１の変形に伴って厚み方向で対向する表裏電極に同符号の電荷が発生し、同一表面にある二つの分割電極に逆符号の電荷が発生する。つまり、電極2aと2bに負の電荷が発生する場合、電極3aと3bに正の電荷が発生する。従って、電極2aと2bとを接続し、電極3aと3bとを接続し、それぞれ信号取出電極２と３とすれば、信号取出電極２と３から、加速度Ｇの印加状態が検出されることができる。
【特許文献１】特開２０００−１２１６６１
【特許文献２】特開２０００−１６２２３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
だが、板状ベンディング型ショックセンサは単方向での衝撃を検出するもので、多方向で検出するためには、検出素子を基板平面と傾斜して配置するか、数個のセンサを使う必要とされ、いずれか工数やコストがかかる。本発明は、単体構造でありながら、あらゆる方向での衝撃を検知できるショックセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、筒形の圧電セラミックを用いることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、断面の外形と内形が正方形であるリング状の圧電セラミック筒形体を用いた圧電ショックセンサにおいて、筒形体の４つの外面のそれぞれに独立した信号検出電極を具えるとともに、筒形体の内面に共通電極を具え、圧電セラミック筒形体はその厚み方向に分極され、対向する２つの信号検出電極同士によって２組の信号検出回路が構成され、衝撃によって生じる２方向の変位を２組の信号検出回路によって検出することに特徴を有するものである。
【０００６】
また、円筒リング状の圧電セラミック筒形体を用いた圧電ショックセンサにおいて、筒形体の外面に４分割して独立して形成された信号検出電極を具えるとともに、筒形体の内面に共通電極を具え、圧電セラミック筒形体はその厚み方向に分極され、対向する２つの信号検出電極同士によって２組の信号検出回路が構成され、衝撃によって生じる２方向の変位を２組の信号検出回路によって検出することに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、筒状構造圧電体を採用することにより、単体構造でありながら、あらゆる方向での衝撃を検知できる、小型、低コストの多方向ショックセンサを実現できる。
【実施例】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１（a）は本発明による筒状圧電ショックセンサの構造を示す。図２はその側面図である。正方形リング状断面を有する筒状圧電体５において、四つの主表面にそれぞれの信号検知電極1、2、31と32を具え、筒体の内壁に電極４を具え、圧電体が筒体の厚み方向に分極され、対向する第１対の外部電極1と31と、第２の対の外部電極2と3２からそれぞれのチャンネルとして衝撃を検知する圧電ショックセンサの例を示すものである。
【０００９】
筒状圧電素子は立体的なバイモルフとみてもよい。検出素子５が加速度Ｇの印加時の慣性力作用によってZ方向に曲がる場合、上下面に逆符号の電荷が発生するので、電極１と電極３１の間に生じた電位差により、加速度を検知することができる。この場合、横の電極２と23の電位が等しいので、信号が発生しない。同様に、Ｙ方向に曲がる場合、横の電極２と23に逆符号の電荷が発生するので、電極２と電極３２の間に生じた電位差により、加速度を検知することができる。この場合、上下面の電極１と１3の電位が等しいので、信号が発生しない。図1（b）は圧電体の片端がコ字状のセラミック支持体６により基板に固定される場合の構造を示す。ここでは、信号処理上の便宜のため、電極３１と３２をショートし、ＣＨ1とＣＨ2の共通電極３とする。信号検知電極１、2と３はセラミック支持体６に形成されたそれぞれの引出し電極と接続される（図面では省略されている）。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
表１は各方向において衝撃を受けた時のＣＨ１とＣＨ２の電圧感度の解析結果を示す。ここで、素子の長さを６ｍｍ、断面の内外辺長はそれぞれ１．２と０．８ｍｍ、肉厚を０．２ｍｍ、支持体６の長さを１．５ｍｍとして。この場合、電極３１と３２が強制的に等電位になるため、Ｚ方向のみに湾曲しても、電極2と３の間に電位差が生じるため、横方向のＣＨ2にも信号が出る。一方、Ｙ方向（横方向）に衝撃を受ける場合は、素子の上下面に対しての支持部６の拘束力が非対称のため、単純な横方向での撓み振動ではないので、CH１、CH２とも出力が大きい。従来の板状ベンディング型ショックセンサはＸ方向（長さ方向）の衝撃を検知し難いが、片端固定の筒状素子の場合、素子重心の基板支持部に対する力のモーメントが存在するので、Ｘ方向（長さ方向）の衝撃を受けると、Ｚ方向の撓み振動が発生する。
【００１２】
ＣＨ１とＣＨ２の出力信号を回路処理によって、ＣＨ１とＣＨ２の中での最大値を電圧感度として出力する。表１の結果より、各方向での電圧感度には格段の差はない。従って、本発明による圧電ショックセンサは単体構造でありながら、あらゆる方向での衝撃を検知できる。ただし、筒状圧電素子は従来の板状ショックセンサと比較して曲がりにくいので、感度は板状の従来型に比較して約1/2〜1/3と低い。
【００１３】
ここで、Ｑｍ約2000、誘電率約1600のＰＺＴ圧電材を用い、押出し成型方法により筒状圧電ショックセンサを試作した。ショックセンサは片端で基板に固定される。図３と図４はそれぞれＺ方向とＹ方向において基板に衝撃を与えた時の応答例を示す。Ｚ方向衝撃の場合はＣＨ1の方の感度が大きいが、Ｙ方向衝撃の場合はＣＨ２の方が大きい。それは表１に示すシミュレーションの結果とほぼ一致する。
【００１４】
前述の圧電ショックセンサは断面が正方形リング状だが、圧電体が円筒状にしても良い。図５はその構造の断面図を示す。円筒状圧電体５の表面において、外周方向に4等分する信号検知電極１、２、３１と３２を、筒体の内壁に分極用共通電極４を具え、筒体が厚み方向に分極され、対向する第１対の外部電極１と３１と、第２対の外部電極２と３２からなら２チャンネルで衝撃を検知することを特徴とする圧電ショックセンサ。ここで、電極３１と３２をショートし、ＣＨ1とＣＨ2の共通電極にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、はＨＤＤやＤＶＤなど書き込みディスク装置での外来衝撃感知、振動対策、ピックアップ制御および一般的な加速度検知などのためのショックセンサ（加速度センサ）として幅広く使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】その側面断面図
【図３】その応答特性の説明図
【図４】その応答特性の説明図
【図５】本発明の実施例を示す斜視図
【図６】従来の圧電ショックセンサを示す斜視図
【符号の説明】
【００１７】
1、2、31、32：検出電極
４：電極
ＣＨ1，ＣＨ2：検出回路（チャンネル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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